Динамічна компенсація реактивної потужності в суднових автономних електроенергетичних системах

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої науково-технічної проблеми динамічної компенсації реактивної потужності в судновій автономній електроенергетичній системі, до складу якої входять генераторні агрегати з синхронними і асинхронними генераторами, типове активно-індуктивне навантаження та конденсаторна установка компенсації реактивної потужності для підвищення швидкодії, стійкості та надійності таких систем завдяки розробленим законам функціонування регуляторів та їх апаратній реалізації. В якості керуючої змінної в системі динамічної компенсації реактивної потужності пропонується використовувати реактивну провідність навантаження, що дозволить в перехідних режимах комутації статичного та електродвигунного навантаження комплексно враховувати зміну напруги та реактивного струму і підвищити швидкодію та точність процесу компенсації реактивної потужності. Запропоновано закон керування реактивної потужності з оптимальною структурою і налагоджувальними параметрами для динамічної компенсації реактивної потужності в режимі пуску асинхронного електроприводу співвимірної потужності, що дозволяє в порівнянні з прямими пусками зменшити в два рази величину повного струму автономного генератора та зменшити коливальність на заключному етапі процесу пуску асинхронного двигуна. Розроблено інтегральний імпульсний закон керування реактивною потужністю для автономної суднової електроенергетичної системи в режимах комутації статичного і електродвигунного навантаження, використання якого знижує час відновлення напруги в мережі з синхронними або асинхронними дизель-генераторами до 3-4 періодів змінного струму. Запропоновано спосіб збільшення швидкодії автономної електроенергетичної установки і зниження динамічних відхилень напруги синхронного генератора при комутації навантаження співвимірної потужності шляхом введення додаткового зворотного зв'язку від каналу стабілізації напруги генератора в канал компенсації реактивного навантаження, що суттєво підвищує швидкодію та стійкість такої установки. Компонування суднових автономних електроенергетичних систем додатковою установкою компенсації реактивної потужності дозволяє підвищити в цілому енергоефективність експлуатації морських суден і знизити енергоспоживання, що спрямовано на зниження викидів вуглекислого газу в атмосферу об'єктами морського транспорту завдяки зниженні на 25-40 % встановленої потужності генеруючих установок на стадії їх проектування та побудови нових об’єктів морського транспорту, при модернізації суден під час встановлення додаткового електрообладнання при незмінній потужності генераторних агрегатів та оптимальному завантаженні суднової електростанції в експлуатаційних режимах роботи, включаючи живлення від стаціонарної (берегової) енергосистеми. Практичним втіленням отриманих результатів є створений повномасштабний тренажерний комплекс суднової автоматизованої електроенергетичної системи, що відповідає вимогам Міжнародної Конвенції про підготовку і дипломування моряків та несення вахти 1978 р. з поправками (розділ A/1-12) та відповідає реальній конфігурації і перспективному компонуванню суднової автоматизованої електростанції з реальними споживачами і типовим навантаженням. Диссертация посвящена решению важной научно-технической проблемы динамической компенсации реактивной мощности в судовой автономной электроэнергетической системе, в состав которой входят генераторные агрегаты с синхронными и асинхронными генераторами, типичная активноиндуктивная нагрузка и конденсаторная установка компенсации реактивной мощности для повышения быстродействия, устойчивости и надежности таких систем благодаря разработанным законам функционирования регуляторов и их аппаратной реализации. В качестве управляющей переменной в системе динамической компенсации реактивной мощности предлагается использовать реактивную проводимость нагрузки, что позволит в переходных режимах коммутации статической и электродвигательной нагрузки комплексно учитывать изменение напряжения и реактивного тока, повысить быстродействие и точность процесса компенсации реактивной мощности. Предложено закон управления реактивной мощности с оптимальной структурой и наладочными параметрами для динамической компенсации реактивной мощности в режиме пуска асинхронного электропривода соизмеримой мощности, что позволяет по сравнению с прямыми пусками уменьшить в два раза величину полного тока автономного генератора и уменьшить колебательность на заключительном этапе процесса пуска асинхронного двигателя. Разработан интегральный импульсный закон управления реактивной мощностью для автономной судовой электроэнергетической системы в режимах коммутации статической и электродвигательной нагрузки, использование которого снижает время восстановления напряжения в сети с синхронными или асинхронными дизель-генераторами до 3-4 периодов переменного тока. Предложен способ увеличения быстродействия автономной электроэнергетической установки и снижения динамических отклонений напряжения синхронного генератора при коммутации нагрузки соизмеримой мощности путем введения дополнительной обратной связи от канала стабилизации напряжения генератора в канал компенсации реактивной нагрузки, что существенно повышает быстродействие и устойчивость такой установки. Практическим воплощением полученных результатов является созданный полномасштабный тренажерный комплекс судовой автоматизированной электроэнергетической системы, отвечающей требованиям Международной Конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты 1978 с поправками (раздел A / 1-12), соответствующей реальной конфигурации и перспективной компоновке судовой автоматизированной электростанции с реальными потребителями и типовой нагрузкой. The thesis is devoted to the solution of the important scientific and technical problem of dynamic compensation of reactive power in the ship's autonomous electric power system, which includes generator sets with synchronous and asynchronous generators, typical ac-tive-inductive load and capacitor compensator of reactive power for increasing the speed, stability and reliability of such systems by means of the developed laws of the regulators functioning of and their technical implementation. In the dynamic compensation system of reactive power, it is proposed to use the reactive conductivity of the load as a control variable, which will allow for changing the voltage and reactive current in the transient processes of load switching, to increase the speed and accuracy of the reactive power compensation process. The law of reactive power control with optimal structure and adjusting parameters for dynamic compensation of reactive power in the mode of starting an asynchronous electric drive with commensurable power is proposed, which, in comparison with direct starts, re-duces twice the value of the total current of an autonomous generator and reduces the oscil-lation at the final stage of the start-up process asynchronous motor. An integrated impulse control law for reactive power for an autonomous ship electric power system in the modes of switching static and electric load is developed, the use of which reduces the time of restoration of the voltage in the network with synchronous or asynchronous diesel generators up to 3-4 periods of alternating current. A method is suggested for increasing the speed of an autonomous electric power plant and reducing the dynamic deviations in the voltage of a synchronous generator when commutating a load of commensurate power by introducing an additional feedback from the generator voltage stabilization channel to the reactive load compensation channel, which significantly increases the speed and stability of such a facility. The practical implementation of the results is the creation of a full mission simulation complex of the ship's automated electric power system, which complies with the requirements of the International Convention on the Training and Certification of Seafarers and the Watchkeeping 1978 with amendments (section A / 1-12) and corresponds to the actual configuration and layout of the ship's automated power plant with real consumers and typical load.